船舶主柴油机排气系统布置优化设计
南沙消防船主、副机排气系统设计
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图３ 排气 管 、消音器 冷却 水管示 意 图
进气 口
一 Βιβλιοθήκη ５ 舷 外管 部分 的处理
因 外 板 涂 层 只 能 承 受５ ＂ 以下 温 度 ， ０１ ２ 为 保 证 更 好 的冷 却 效 果 ，而 不 影 响 外 板 涂
Ｄ ＝ ０ ｍ， 将 排 烟 管 的 出 口都 设 在 了船 Ｎ ４ ０ｍ 并 的 内侧 ，这 样 既 美 观 又 不 影 响该 船 的 消 防
作业 ，布 置见 图１ 。
（ ｂ）艏 向视 图
（ ） 视 图 ａ 俯
图１ 主 机排气 管布 置图
１ ５
广船科技
２ １ 年第４ （ ０１ 期 总第１４ ） １期
经 计 算 ，排 气 管 经 水 套 冷 却 后 ，表 面 温 度 仍 有７ —８ ｃ 右 ，高 于 规 范 要 求 的 ０ ０ｃ左 ６ ｃ ，所 以 在 排 气 管 的水 套 外 再 包 敷 厚 度 ０《 ＝ 为 ５ｍ ０ ｍ的 硅 酸 铝 绝 热 材 料 ， 外 包 覆 ０５ ． ｍｍ的白铁皮 ，见 图３ 。
南沙消 防船主 、副机排气 系统设 计
刘 旭 珍
（ 广船 国际 技 术 中 心 ）
摘 要 ：本 文 主要 介 绍 了南沙 消 防船机 舱 主 机 排 气 系统 设 计 的特 点 ，包 括排 气管 的布 置 ，冷 却及 设备 的选 型 。 关键词：双体 单 甲板 船 机舱 排 气 水套 冷 却
３ 消音 器 的选 型
机 舱花 钢 板 与 主 甲板 面的 高 度 为２３ ０ ０ ｍ 如 采 用立 式水 套 冷却 式 消音 器 ，层 高不 ｍ， 够 ，为 此 我 们 要 求 厂 家 做 成 卧式 ，且 必须 达 到 同样 的冷却 及消 音效果 。 另 外 ，为 了确保 船 舶 在航 行 时 ，舷 外 水 不 会 倒 灌 进 主 机 ，在 保 持 消 音 器 外 径 不 变 的 情 况 下 ，将 卧 式 消 音 器 的进 出 口做 成 错 位 的 型 式 ，高 度 差 为 １ ０ｍｌ，并 在 消 音 １ ｉ ｌ 器 的 下 部 开 一 个 泄 放 口 ， 当 舷 外 水 倒 灌 时 ，水 可 以直 接 快 速 地 泄 放 至机 舱 舱 底 ， 图２ 为消音 器 简 图。
柴油发电机组排气系统优化设计
16V柴油机增压排气系统的布置方式及优化随着国民经济高速发展，对于柴油机的功率要求也越来越高。
大功率柴油机主要指1000KW以上的柴油机，其用途很广，包括舰船、发电、机车等。
为满足市场要求，济柴新开发了H16V190Zl柴油机，其功率为2400KW，H16V190Zl柴油机在12V基础上增缸而成，渗透了当前国际先进水平的新技术、新工艺，在船舶、钻机、发电、铁路等方面有广阔的应用前景。
对于大功率柴油机，其增压系统的选择是其核心任务之一。
一、增压排气系统方案确定由boost计算结果看出，MPC系统在高负荷情况下，油耗高于顶呀系统和MSEM系统而低于脉冲系统，而在低负荷情况下，油耗与其他三种增压系统相差不大，甚至高于定压系统，这与低工况MPC系统比定压系统号的理论分析相违背，这主要是由于在计算过程中，MPC系统和定压系统采取了相同的增压压比。
实际上，在低转速低负荷的情况下，由于能够较好的利用脉冲能量，MPC系统所能够实现的增压压力要高于定压系统。
这已经得到了国内外许多增压柴油机厂家的试验验证。
由于恒压增压系统作为发电机组时，存在突出加载特性差的缺点，作为船舶主机时，存在低速运转时燃烧过量空气不足，烟气较浓，尤其在加速过程中，冒烟更缺点。
脉冲系统在高增压时流动阻力损失较大，而且结构复杂。
而MPC系统具有结构简单，加工方便，易于实现系统化的特点，涡轮前压力波动小，近于恒压系统，因此涡轮效率较高，也不需要如用脉冲系统是须有叶片防震措施，在全负荷和加速运行时兼具恒压系统和脉冲系统的特点，由于其总管直径比恒压系统的小，及各缸排气支管顺着总管气流方向进入，使部分脉冲能量已速度能形式进入总管及涡轮，排气能量传递效率较高，在约60%符合以下的低工况性能近于脉冲系统，此外，还具有瞬态响应快的特点。
因此，根据H16V190ZL 型柴油机的用途，作为发电机组选用较大总管内径的MPC系统，作为传播主机时采用较小管径的MPC系统，这样能够较好的发挥其特点，也可实现两者的折中，即即用做发电机组也用作船舶主机时兼顾两者使用性能达到一个良好的折中。
船用柴油机废气再利用系统的优化设计
船用柴油机废气再利用系统的优化设计随着环境保护意识的增强和全球能源利用的压力，人们对于能源高效利用和减少污染物排放的需求也越来越高。
船用柴油机废气再利用系统就是一种能够有效减少船舶废气排放的技术。
本文将从船用柴油机废气再利用系统的工作原理、影响因素及优化设计等方面进行探讨。
一、船用柴油机废气再利用系统工作原理船用柴油机废气再利用系统，是将船用柴油机燃烧后产生的废气，通过再生式燃烧等方式，将其中的氧化氮（NOx）、二氧化硫（SO2）、污染物颗粒物以及有害物质减少到最低程度，同时回收能源，达到减少污染物排放、提高船舶能源利用效率的目的。
废气再利用系统主要由废气处理装置、燃气增压装置和再生装置三部分组成，其工作流程如下：1.船用柴油机燃烧废气产生过多氮氧化物（NOx）和颗粒物。
2.船用柴油机废气经过废气处理装置清洗去除颗粒物、二氧化硫等有害物质，进入火焰增压过程。
3.经过燃气增压过程后，船用柴油机废气与外部空气混合并再生式燃烧，控制燃烧高温，降低氮氧化物生成。
4.废气再生后，排放最终产物为二氧化碳（CO2）和水蒸气（H2O），大大减少船舶的污染物排放量。
二、船用柴油机废气再利用系统的影响因素尽管船用柴油机废气再利用系统能够有效地减少船舶污染物排放，但在实际应用中，其性能和效果却受到了各种因素的影响。
1. 温度影响：在废气进入再生装置后，需要先进行燃烧预热。
因此，在气温低于理论的部分，等温体积或相当燃料空气比的变化，都将直接影响系统的燃气质量。
2. 流量影响：再生简易装置在一定程度上可以减少废气污染物的排放，但系统的流量、进气速度等参数对其运作也有直接影响，进气流量过小或过大会导致系统某些性能参数无法达到预期值。
3. 化学反应影响：由于废气成分不同，其热值、H/C比、供氧量不同，因此化学反应会对系统产生不同的影响。
三、针对以上的影响因素，我们可以从以下几个方面进行系统优化设计：1. 废气预热技术由于船用柴油机废气温度较低，需要先进行充分的预热，使再生装置内的温度升高到适宜燃烧的温度。
柴油机进排气结构的优化设计
242学术论丛柴油机进排气结构的优化设计吕胜广西玉柴动力股份有限公司摘要：本文笔者结合个人从事柴油机施工设计的实践工作经验与相关参考文献，对柴油机进排气结构进行优化设计，旨在进一步提升柴油机本身的性能，有效的控制并降低柴油机在实际运行过程中产生的噪音与废气排放量。
关键词：柴油机；进气结构；排气结构；优化设计前言：相对于汽油而言，柴油机本身在燃烧过程中会产生更大的功率，因此更加具有经济实用性被广泛的应用在工程机械中。
虽然柴油机的优势十分显著，但是其在环保方面却存在着较大的弊端，所以对其进排气结构加以优化设计俨然已经成为柴油机施工设计工作者刻不容缓需要解决的首要问题。
为此笔者即对柴油机进排气结构优化设计展开粗浅的探讨，以期在提高柴油机性能的同时，进一步降低柴油机运行过程中产生的噪音与废气。
1.柴油机进气系统的结构优化设计空气滤清器在柴油机进气系统中具有十分重要的地位，这是因为空气滤清器最为主要的作用就是对进入气缸内的空气加以净化，提高发动机部件的实际使用寿命。
我们都知道空气之中往往存在着较多的杂质，如若不经过空气滤清器的净化就直接进入到气缸之中，就会在一定程度上加快气缸内部机械部件的损坏，进而降低发动机部件的使用寿命。
而要想进一步提升空气滤清器的性能，重点还在于选择优质的材料。
目前最新一代的空气滤清器采用的是复合型滤网，即是由低阻高效HEPA 滤材与高效改性活性炭复合制成，其与普通滤网相比有过滤精度高，透气性更好的差别，其过滤效果更佳。
所以在空气滤清器的优化上要从材料的选择入手。
柴油发动机的进气导流管会对空气的进气速度与进气效能产生直接的影响，所以做好柴油发动机进气导流管的设计优化也至关重要。
这是因为当外界空气进入到导流管后，其流动处于被动状态，依靠的是发动机谐振以及进气导管的特殊结构。
所以在进气导流管的设计上可采取细长类型，以保证进气导管中空气流动速度与流动效果的稳定。
柴油发动机的进气支管会直接影响到其运行效能，所以必须要做好进气支管的优化设计。
基于船舶轮机部污染物排放措施的优化设计
基于船舶轮机部污染物排放措施的优化设计摘要：以船舶轮机部控制污染物排放的措施为研究对象，针对船舶轮机部中的油类和废气排放可造成部分可回收利用能源的浪费，以及会对环境造成二次污染等问题和不足，从环保节能的要求出发，根据污染物的种类、特性，利用物理方法、化学方法等途径加以处理，并采用加热雾化、液化回收、多级循环、回收利用等措施来处理，并检测最终污染物排放后的指标，达到国家船舶污染物排放最新标准GB3552—201后即可排放，最终表明这种方法处理效果非常好。
关键词：船舶轮机；污染物排放；措施；优化设计引言船舶航行所泄漏和排放的油污对海洋的污染占海洋油污染总量45%-50%，这些油污融入到海洋中，会造成海洋生物的大量死亡以及食用类海产品的污染，从而对人的健康造成严重威胁。
因此有必要对船舶轮机部污染物排放措施等进行一系列的优化，主要从防污染设备、船体的结构功能和操作管理体系等方面进行。
1.主要的船舶防污染操作1.1油水分离器公约和法律法规要求，如排出物含油量不超过15×10-6（15 ppm），油份浓度计的报警功能应正常可靠，使用前应测试。
在油水分离器装置使用过程中，主管轮机员应经常对该装置及系统的工作进行监视，同时取水样观察。
装置使用结束后，应对整个油污水系统进行充分冲洗，以保持装置的良好技术状态。
船舶停泊在港内、锚地禁止向舷外排放污水；但当含油污水危及机舱设备安全时，船长应向主管当局报告，按要求排放，或申请接收。
三管轮应将油水分离器的使用情况及时报告轮机长，由轮机长按油类记录簿记载要求真实地记录。
1.2生活污水处理装置安装有生活污水生化处理装置的船舶要根据法律法规和国际规则要求使用和管理，经过澄清法处理的污水最后进入消毒柜用含氯药品杀菌，然后排出舷外。
在使用中，该装置不宜长期停用，不能将残渣排空，以保证装置的有效性。
船舶航行中，生活污水可通过生化处理装置处理后向舷外排放。
进港前，无生化处理装置的船舶要做好生活污水排放管系的转换，将生活污水排至蓄污柜，停止向舷外排放。
2700TEU集装箱船机舱通风系统的布置及优化
2700TEU集装箱船机舱通风系统的布置及优化作者：蔡凯华刘倩杨飞飞来源：《广东造船》2024年第02期摘要：集装箱船给世界货物运输和贸易带来了极大的方便，是当今主流货船形式之一。
本文以某2700TEU集装箱船为例，对机舱通风系统布置进行优化设计。
利用风管的拆分优化发电机区域通风，利用结构风道优化分油机区域通风和机舱前壁区域通风，改善通风效果，保证机舱布置空间，为相关机舱通风系统的优化设计提供新的思路。
关键词：集装箱船；机舱通风系统；布置优化中图分类号：U662.1 文献标识码：ALayout and Optimization of Ventilation System in Engineroomfor 2700 TEU Container ShipCAI Kaihua， LIU Qian， YANG Feifei（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited， Guangzhou 510715 ）Abstract：Container ships have brought great convenience for the world’s cargo transportation and trade， and are one of the mainstream cargo ships today. This paper takes one 2700TEU container ship as an example to optimize the layout design of its engine room ventilation system. The ventilation in the generators area is optimized through the use of duct separation and the ventilation in the oil separator area & engineroom front bulkhead area is optimized by use of structural duct， so as to improve the ventilation efficiency and ensure the space for layout of the engineroom， and provides new ideas for the design and optimization of the associated engine room ventilation system.Key words： container ship; engine room ventilation system; layout optimization1 前言某2 700 TEU集装箱船是一艘国际远洋集装箱船，船上不设甲板吊机，主要用于干货集装箱、冷藏集装箱、危险货物集装箱的运输。
船舶柴油机节能减排技术分析
船舶柴油机节能减排技术分析船舶柴油机作为船舶的主要动力装置，对于船舶的性能、安全性和环保要求至关重要。
节能减排技术是提高船舶柴油机效率和减少排放的重要手段。
本文将对船舶柴油机节能减排技术进行分析，包括船舶柴油机的优化设计、燃油控制技术和污染物控制技术。
船舶柴油机优化设计是提高其效率和减少排放的重要方面。
优化设计可以从多个方面入手，例如提高燃烧效率、降低摩擦损失、优化缸内流动等。
采用先进的燃烧系统和燃烧室设计可以提高燃烧效率，减少未燃尽的燃料和燃烧产物的排放。
优化柴油机的进气和排气系统可以提高柴油机的进气效率和排气效率，减少能量损失。
采用先进的材料和制造工艺可以降低摩擦损失，提高柴油机的机械效率。
燃油控制技术是提高船舶柴油机效率和减少排放的重要手段之一。
燃油控制技术包括燃油供应系统的优化和燃油储备系统的优化两个方面。
优化燃油供应系统可以提高燃油的喷射精度和燃烧质量，降低燃油的损耗和排放。
优化燃油储备系统可以提高燃油的利用率和燃烧效率，减少燃油的浪费和排放。
采用先进的燃油控制技术可以实现柴油机的负载优化和动力调节，提高柴油机的运行效率和响应速度。
污染物控制技术是减少船舶柴油机排放的重要手段之一。
污染物控制技术包括颗粒物控制技术和氮氧化物控制技术两个方面。
颗粒物控制技术主要包括颗粒物捕集和颗粒物减排两个方面。
颗粒物捕集可以通过颗粒物捕集器和颗粒物沉积器等设备实现，可以减少船舶柴油机颗粒物排放。
颗粒物减排可以通过优化柴油机燃烧系统和燃油供应系统等手段实现，可以提高燃烧效率和减少颗粒物排放。
氮氧化物控制技术主要包括燃烧控制和后处理技术两个方面。
燃烧控制可以通过优化柴油机燃烧系统和燃油供应系统等手段实现，可以降低燃烧温度和氮氧化物的生成。
后处理技术可以通过氮氧化物还原剂和氮氧化物吸附剂等设备将氮氧化物转化为无害物质，减少氮氧化物排放。
试论基于船舶轮机部污染物排放措施的优化设计
试论基于船舶轮机部污染物排放措施的优化设计船舶轮机部是船舶动力系统的核心组成部分，而船舶轮机部的污染物排放对海洋环境和气候变化产生了巨大影响。
因此，减少船舶轮机部污染物排放已经成为了全球航运行业面临的一个重要挑战。
为了解决这个问题，许多国家和航运公司采取了一系列的措施，其中包括优化设计。
优化设计是一种以减少船舶轮机部污染物排放为目标的技术手段，它可以通过改进船舶轮机部的设计和功能来实现。
具体来说，优化设计可以从以下几个方面入手：1. 使用环保燃料船只使用的燃料主要是重油和柴油，这些燃料含有大量的硫和氮氧化物等污染物。
为了减少污染物排放，可以使用环保燃料代替传统燃料，如液化天然气（LNG）、生物燃料等。
这些燃料不仅污染物排放量低，而且具有更高的能效，能够降低船舶的运营成本。
2. 采用先进的清洁能源技术具有先进清洁能源技术的船舶，比如使用太阳能电池板、风能和氢燃料电池等，可以使用无污染能源提供动力。
这些技术不仅能大幅度降低船舶排放的污染物，而且能够提高运营效率。
3. 优化发动机设计优化发动机设计可以更有效地控制发动机排放，例如采用废气再循环系统（EGR）、选择性催化还原（SCR）和氧化处理装置（DOC）等技术。
这些技术能够有效地减少氮氧化物和颗粒物的排放，同时保持较高的发动机效率和可靠性。
4. 采用废热回收技术废热回收技术可以将主机废热转化为能量，减少船舶的能源消耗和燃料使用。
这种技术不仅能够减少污染物排放，而且可以节约能源成本。
综上所述，优化设计是一种解决船舶轮机部污染物排放的重要手段，可以在船舶设计的早期考虑到降低排放的策略和技术选择。
通过使用环保燃料、采用清洁能源技术、优化发动机设计以及采用废热回收技术等措施，可以实现轮机部污染物排放的降低和节约能源成本的目标。
船用柴油机尾气后处理系统的优化设计
船用柴油机尾气后处理系统的优化设计中国目前经历着严重的区域性空气污染,为了降低船舶排放对区域以至全球空气污染的影响,本文提出了一种新型船用柴油机尾气后处理技术。
本文提出的优化装置,它改进了传统的以SCR（Selective Catalytic Reduction）为基础的脱硝技术路线,加强了对NO<sub>x</sub>（Nitrogen Oxide）以及PM（Particulate Matter）的净化效率,降低了减排成本。
同时,柴油机SCR后处理系统中影响NO<sub>x</sub>转化效率的因素有很多,如催化剂性能,尿素喷射量、尿素喷射泵的类型等。
本研究通过发动机台架试验,将柴油机尾气后处理系统优化装置应用到潍柴WD615发动机上,验证优化装置的实际性能。
首先,我们采用自主研发的催化氧化颗粒床装置。
该装置结构简单,且从根本上解决选择性催化还原法的堵塞问题以及气态氨生成量不稳定的弊病。
其次,本文也通过实验研究,制定了在发动机不同的转速、扭矩下,尿素喷射量的增加对NO<sub>x</sub>转化效率的影响,以及NH<sub>3</sub>的二次污染,分析不同尿素喷射量对NO<sub>x</sub>转化效率的影响。
发现尿素喷射系统中也不是喷射的量越大越好,过多的量反而会影响NO<sub>x</sub>转化效率,尿素喷射量过大,多余的尿素未参与还原NO<sub>x</sub>的化学反应,达不到最佳处理效果,造成氨逃逸,形成二次污染排放,在实际应用中需根据各方面的影响因素进行最佳喷射比的选择,以达到最佳的效率。
使所匹配的柴油机尿素SCR后处理系统达到能进一步降低排放浓度,减少污染。
第三,通过与传统后处理系统的对比实验,本研究所提出的后处理优化装置可以大幅度降低柴油机尾气排放中的PM以及NO<sub>x</sub>的浓度,均远远低于现行的国内外排放标准,颗粒物的实测值处于标准限值的13-24.5%之间,平均实测值仅为标准限值的19.4%。
船用柴油机余热利用发电系统使用计划方案(二)
船用柴油机余热利用发电系统使用计划方案一、实施背景船用柴油机在运行过程中会产生大量的余热，如果这些余热不能得到有效利用，不仅会造成能源的浪费，还会增加环境污染。
为了充分利用船用柴油机的余热，提高能源利用效率，减少环境污染，我们计划实施船用柴油机余热利用发电系统。
二、工作原理船用柴油机余热利用发电系统是通过将船用柴油机产生的余热转化为电能的一种设备。
具体工作原理如下：1.收集余热：在船用柴油机排气系统中安装余热回收装置，将排出的高温废气中的余热收集起来。
2.热交换：将收集到的余热传递给工作介质，使其温度升高。
3.蒸汽发电：将温度升高的工作介质送入蒸汽发电机组，通过蒸汽发电产生电能。
4.发电供电：将发电产生的电能供应给船舶的各个电气设备使用。
三、实施计划步骤1.方案设计：根据船舶的具体情况，确定船用柴油机余热利用发电系统的设计方案，包括余热回收装置的选择和布置、热交换设备的选型和安装、蒸汽发电机组的选购和安装等。
2.设备采购：根据设计方案，采购所需的设备和材料。
3.设备安装：按照设计方案，对余热回收装置、热交换设备和蒸汽发电机组进行安装调试。
4.系统调试：对安装完成的船用柴油机余热利用发电系统进行调试，确保其正常运行。
5.运行监测：对系统进行运行监测，收集数据并进行分析，及时发现问题并进行修复。
6.效果评估：对船用柴油机余热利用发电系统的效果进行评估，包括发电效率、能源利用率和环境效益等方面的评估。
四、适用范围船用柴油机余热利用发电系统适用于各种船舶，特别是那些需要大量电能供应的船舶，例如客轮、货轮等。
此外，该系统也适用于其他需要利用柴油机余热的场合，例如发电厂、工厂等。
五、创新要点1.余热回收装置的设计：采用高效的余热回收装置，最大限度地收集船用柴油机排出的余热。
2.热交换设备的选型：选择高效的热交换设备，提高工作介质温度，提高蒸汽发电效率。
3.蒸汽发电机组的选购：选择性能稳定、效率高的蒸汽发电机组，确保发电系统的可靠性和稳定性。
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船舶主柴油机排气系统布置优化设计作者：袁小秋
来源：《中国水运》2020年第12期
摘要：本文以工程船主柴油机上排气系统为例，通过分析优化前的排气系统布置中废气涡轮增压器频频出现裂纹故障的原因，同时应用排气管热力学分析方法，提出主柴油机排气系统布置优化设计方案，新设计方案有效地杜绝了类似故障的再次发生，并降低了船舶运营成本和提高了经济效益。
关键词：废气涡轮;增压器;膨胀节;主柴油机;防范措施
1前言
船舶主柴油机，即船舶动力装置，是为各类船舶提供动力的机械，更是全船的心脏，主柴油机对船舶的作用无可替代。
20世纪初，柴油机开始用于运输船舶，第一艘远洋柴油机船是1912年丹麦建造的“锡兰迪亚”号，主柴油机为两台四冲程八缸柴油机，共1250马力，每分钟140轉，直接驱动两个螺旋桨。
1914年柴油机船占全世界船舶总吨位0.5%，到1940年上升为20%。
柴油机动力装置的最大优点是热效率高，燃料消耗明显地低于蒸汽机动力装置。
随着技术的发展，柴油机动力装置有了一系列的改进，其中主要之一的技术革新是出现了增压器的配置，增压器提高了柴油机的功率和经济性能，也使柴油机在发出同样功率的条件下，柴油机的机体体积可以做的较小。
船舶主柴油机排气系统主要由管道、消音器、膨胀节、增压器等组成。
工程船上的主柴油机大部分采用中速废气涡轮增压机型，废气涡轮增压器将主柴油机排出废气的热能转变为动能，带动压气机叶轮高速旋转产生虹吸作用，新鲜空气被吸入压气机壳并使其密度增加和压力提高，从而实现提高柴油机功率目的。
由此可见，废气涡轮增压器部件是否正常运行对柴油机工作非常重要。
此类主柴油机在工作状态下时，从废气涡轮增压器排出的废气温度范围为300℃-550℃之间，排气管和废气涡轮增压器长时间处于高温环境下工作。
优化前的主柴油机排气系统布置方案没有充分考虑废气涡轮增压器的工作环境，而只是在主柴油机排气管中设置了垂向膨胀节，排气管和废气涡轮增压器在高温工作环境下，会由于热胀原理产生横向和垂向（相对于主柴油机排气管布置方向）变形，垂向变形会被设置的垂向膨胀节吸收，而横向变形不能被吸收会产生附加作用力，附加应力作用在废气涡轮增压器本体上并使其产生裂纹，从而影响主柴油机的正常运行。
为了纠正主柴油机排气系统布置的设计缺陷，消除附加应力对废气涡轮增压器的影响，杜绝废气涡轮增压器产生裂纹故障的现象，重新对主柴油机排气管路的布局及结构进行优化设计，提出在主柴油机排气管在高温工作环境下发生变形的横向及垂直方向均设置能够吸收其膨胀变形的膨胀节的设计方案，并通过实践证明，废气涡轮增压器再未出现裂纹故障。
2优化前设计缺陷成因分析
2.1优化前的设计说明
工程船上主柴油机排气管路布置成∽型，由壁厚为5mm、外径为φ460mm左右的无缝钢管加工而成，材质为Q235-A。
主柴油机在工作状态下，从废气涡轮增压器排出的废气温度范围在300℃-550℃之间，主柴油机排气管和废气涡轮增压器长时间在高温条件下工作。
在优化前的设计中，考虑到主柴油机排气管受热膨胀变形的影响，在主柴油机排气管的下端（与废气涡轮增压器上法兰连接处）设置了有吸收主柴油机排气管变形的膨胀节（见图1），然而，此设计方案中的膨胀节只能吸收主柴油机排气管的垂向变形，主柴油机排气管的横向变形无法得到有效释放。
主柴油机排气管在高温条件下受热膨胀影响产生的附加作用力过大导致废气涡轮增压器连接法兰产生裂纹。
2.2 废气涡轮增压器安装容许力
根据废气涡轮增压器安装要求，主柴油机排气管受热膨胀变形影响对废气涡轮增压器的作用力不得超过图2所列的值，为便于比较，将其转换为kN-m的单位制（见表1）。
2.3 主柴油机排气管对废气涡轮增压器作用力校核
通过采用主柴油机排气管的热力学分析方法得到了优化前排气管系统高温条件下对废气涡轮增压器的附加作用力，结果如图3和图4所示。
由图3及图4可知，优化前设计（对应工况1）中，排气管膨胀变形产生的附加作用力随着温度的升高而增加，温度在300℃-550℃间变化时，其附加作用力：①轴向作用力RFx在130kN-210kN之间变化;②附加弯矩RMz在
190kNm-311.6kNm之间变化。
可见，无论是轴向作用力还是附加弯矩均大大超过了废气涡轮增压器安装容许力要求，考虑到主柴油机排气管上端的微小变形，主柴油机排气管下端对废气涡轮增压器的作用力比计算值要小，可以推断其值仍会超过废气涡轮增压器的安装容许值;需要说明的是，工况2对应的是在主柴油机排气管中只设置横向膨胀节的方案，在这种布置方案下，排气管对废气涡轮增压器产生的附加作用力也大大超过了增压器安装容许力，但比在主柴油机排气管中设置垂向膨胀节的方案产生的附加作用力要小。
由此可见，在主柴油机排气管中只设置垂向或横向膨胀节的方案不能有效地保护废气涡轮增压器，都会在废气涡轮增压器上产生大于容许值的附加作用力，最终导致废气涡轮增压器产生裂纹。
3优化设计方案的理论依据
工程船上主柴油机排气管路布置成∽型，通过采用热力学分析方法可得出主柴油机排气管在高温工作条件下热膨胀变形值，结果如图5-图7所示。
由图可知，温度越高，变形量越大。
如果在主柴油机排气管中只设置垂向膨胀节，排气管的最大垂向变形量将达到27mm;如果在主柴油机排气管中只设置横向膨胀节时，排气管的最大横向变形量为18mm;如果在主柴油机排气管中设置横向和纵向膨胀节，排气管在两个方向的最大变形量分别为10mm和16mm。
这意味着我们在选用膨胀节时，必须选用能吸收变形量超过30mm的膨胀节，考虑到其中一个膨胀节失效的特殊情况。
4优化设计方案
由以上分析可知，在现有工程船主柴油机排气管系统布置设计方案基础上的优化措施为：在主柴油机排气管在高温工作条件下发生变形的两个方向均设置能够吸收其膨胀变形的膨胀节。
膨胀节的选用规格为能够吸收30mm变形量，这样就可以防止主柴油机废气涡轮增压器因受外力而损坏。
优化设计方案示意图见图8。
5应用效果分析
工程船上主柴油机运行2～3年后，废气涡轮增压器容易出现不同程度的裂缝故障。
废气涡轮增压器一旦出现裂缝，必须立即停航抢修，一般情况抢修需花费一天时间。
修理费用约8000元，工程船停航一天的损失约100000元，修理费用及停航一天带来的损失较大。
通过对主柴油机排气布置系统进行优化设计，主柴油机废气涡轮增压器未出现裂缝故障。
因此，工程船上主柴油机排气布置系统进行优化设计后，成功杜绝了废气涡轮增压器的裂缝故障的发生，具有明显的经济效益。
6结语
近年来，全球经济增长放缓，航运业发展前景十分悲观，航运业供过于求的行情依然持续，我国航运企业特别是小型航运企业众多，除少数几家中央大型航运企业集团外，其他航运企业尤其是沿海航运企业面临的竞争十分激烈。
一家小型航运企业要想在如此恶劣环境下生存下去，就必须加强内部管理，减少设备故障率，增加船舶出勤率，而对工程船上主柴油机排气管系布置进行优化设计，就是一项加强船舶设备管理和降低船舶运营成本的措施，同时也在恶劣的外部环境下提升了竞争力。
参考文献：
[1]杨全才.船舶柴油机[M].大连：大连海事学院出版社，2002.
[2]钢质海船入级规范2012（第4分册） [M].人民交通出版.
[3]费千.船舶辅机[M].大连：大连海事大学出版社，2005.。